淺談剪力墻結構設計

王妮 王眉

摘要：剪力墻結構設計包括墻肢、連梁布置、截面計算及配筋構造等。本文著重論述剪力墻設計中重注意的問題。

關鍵詞：剪力墻短肢剪力墻加強部位有限元

1 剪力墻布置

1.1 雙向布置剪力墻及抗側剛度 在高層建筑結構設計中，良好的空間工作性能是一個關鍵點。要求雙向布設剪力墻結構來構造空間結構。為了保證結構有良好的抗震性能，切忌單向布設剪力墻，兩個方向抗側剛度（即兩個方向的自振周期）一定要接近。另外，剪力墻結構的承載力較好，且抗側剛度符合建筑要求。為了使這兩個優勢得以充分發揮，減輕結構自重，進一步拓展剪力墻結構的空間結構，宜控制墻體結構的密度，最好能夠保證結構的側向剛度達標。

1.2 豎向剛度均勻 剪力墻結構在一定程度上決定了其抗側剛度。如果剪力墻沿高度不連續，就會導致結構順沿高度剛度發生突變。鑒于此，必須按照從上到下的順序連續布設墻結構。布置時，可根據標高調節剪力墻墻體厚度及混凝土等級，甚至部分墻肢可以去掉，以確保抗側剛度隨著高度的增加逐漸減小。

1.3 墻肢高寬比 針對又高又細的剪力墻，設計時為了規避脆性的剪切破壞，極易將其設計成受彎曲破壞的延性剪力墻。另外，剪力墻的延性必須滿足其抗震性能的相關要求，墻結構的高寬比最小為2。對于較長的墻結構，為達到高寬比的基本要求，可在適當的位置設計洞口來分割長墻，以平衡墻結構的高寬比，每一墻段都可作為整體墻，也可成為聯肢墻。

1.4 剪力墻洞口的布置 ①科學開洞。按照成列成排的順序布設洞口，以形成墻肢及連梁，應力分布用當和當前普遍應用程序的計算簡圖一致，有規律可循，且設計結果客觀、科學。另外，洞口設計時墻肢剛度要基本一致。②錯洞剪力墻和疊合錯洞墻。這兩種墻結構系不規則開洞、構造復雜、應力分布復雜的剪力墻。這兩種墻極易出現薄弱部位。墻的實際內力無法按常規方法進行計算。墻結構主要是洞口疊合或錯開距離達不到設計值，墻肢不規則，洞口之間極易成為薄弱部位。相較于錯洞口墻結果來說，疊合錯洞墻更為不利。若必須布置成疊合錯洞口墻，首先要結合有限元法進行分析計算，采取有效措施對洞口四周進行加強，也可以用輕質材料填充使疊合洞口規則化，以確保剪力墻的結構和性能達到設計要求。③嚴格按有限元法計算不規則洞口剪力墻的內力及位移量。采用簡化處理洞口的有限元模型來計算整體結構，除此之外，還可采用桿系、薄壁桿系模型進行結構計算。綜合分析不規則開洞墻的計算數據，發現有不合理之處可進行補充或校核。

1.5 剪力墻和加強部位 ①抗震設計中有塑性鉸的部位須采取措施適當加強。但不宜對樓電梯間墻或剪力墻頂層進行加強，以便進一步明確塑性鉸部位的加強措施，使之區別于溫度、收縮等加強措施。②出現塑性鉸后，剪力墻的延性被提到一個關鍵的節點。剪力墻底部塑性鉸出現的范圍應有規律可循。只要是出現塑性鉸的部位都應該采取措施進行加強，以免墻體結構遭受剪力破壞。③出于安全因素的考量，加強的范圍可適當擴大。在結構的抗震性能要求上，應該按照墻肢總高度的1/8和底部兩層二者的較大值來設計剪力墻結構底部加強部位的高度。若為高度大于150米的剪力墻，可按照墻肢總高度的1/10來設計底部加強部位的高度，以免加強區過高。

2 短肢剪力墻設計要求

短肢剪力墻結構因其稍遜的抗震性能極少用于地震區的建筑設計中。高層住宅建筑剪力墻結構不宜過少，墻肢要長短適中，以確保建筑安全使用。在建筑設計上，應該合理限制短肢剪力墻的應用范圍，必要時采取措施進行加強。

2.1 應用范圍 高層住宅剪力墻不宜全部為短肢剪力墻結構。如果短肢剪力墻過多，須配設與短肢剪力墻共同抵抗水平力的筒體結構。具有較短肢剪力墻的墻結構，其最大適用高度宜低于額定值，7、8度的抗震設計必須小于100m和60m。如果高層住宅的高度為B級，或者高度為A級、抗震設計為9度的高層住宅，即便增設筒體，也需要合理控制短肢剪力墻的數量和規模。僅有個別小墻肢的剪力墻可按常規辦法處理。

2.2 加強措施 ①在抗震設計環節，須按照結構總底部地震傾覆力矩的50%的標準來設計筒體與一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩，一般情況下要超過這一標準。在重力荷載的作用下，短肢剪力墻所產生的軸力設計值的軸壓比，其抗震等級必須高于規定的抗震等級。②針對短肢剪力墻的剪力設計，應該對底部加強部位以及其他各層進行適當調整。一、二級抗震等級分別與增大系數1.4、1.2相乘，以防短肢剪力墻過早剪壞。③短肢剪力墻截面縱向鋼筋配筋率，一般的部位要達到1.0%，底部加強部位至少要達到1.2%。④按照常規設計，短肢剪力墻截面最小厚度為200mm。若為非抗震設計剪力墻結構，應該適當調低建筑最大適用高度，同時適當限制墻肢厚度，以免墻肢過小。

總而言之，設計剪力墻結構時洞口應該上下對齊，以確保均衡受力，以防錯洞或疊合錯洞。另外，短肢剪力墻的肢長、加強部位是墻體設計的關鍵點，在墻體布置中應該多加注意。

參考文獻：

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